JP6323420B2 - Walking training apparatus and method of operating the same - Google Patents
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Description
本発明は、訓練者の歩行訓練を行う歩行訓練装置、及びその歩行訓練方法に関する。 The present invention relates to a walking training apparatus that performs training for a trainee and a training method thereof.
訓練者の脚部に、該訓練者の歩行動作を補助する歩行補助装置を装着して歩行訓練を行う歩行訓練装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art A walking training device that performs walking training by attaching a walking assist device that assists the trainer's walking motion to the trainer's legs is known (see, for example, Patent Document 1).
歩行補助装置は、ある程度の重量を有するため、その歩行補助装置を装着した訓練者にはその重量が負担となる。さらに、訓練者が脚部に歩行補助装置を装着した状態で歩行動作を行う場合、脚部を前方へ振り出すタイミングで、その脚部は歩行補助装置から後方への慣性力を受けることとなる。このため、訓練者に過度の負担が掛かるという課題が生じている。 Since the walking assist device has a certain weight, the weight is a burden on the trainee wearing the walking assist device. Furthermore, when the trainee performs a walking motion with the walking assistance device attached to the leg, the leg receives an inertial force from the walking assistance device at the timing of swinging the leg forward. . For this reason, the subject that a trainer takes an excessive burden has arisen.
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、歩行補助装置の重量を免荷しつつ、振出開始のタイミングにおける訓練者の負担を軽減できる歩行訓練装置、及びその歩行訓練方法を提供することを主たる目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and is a walking training apparatus that can reduce the burden on the trainer at the timing of start of swinging while exempting the weight of the walking assist device, and the walking training method thereof The main purpose is to provide
上記目的を達成するための本発明の一態様は、訓練者の脚部に装着され、該訓練者の歩行動作を補助する歩行補助装置と、前記脚部に直接的又は前記歩行補助装置を介して接続されたワイヤーを巻き取ることで、前記脚部のワイヤーを上方かつ前方に引張する機構であって、前記訓練者の歩行動作において前記脚部が遊脚状態となる遊脚期間では前記ワイヤーを巻取り収納し、前記訓練者の歩行動作において前記脚部が立脚状態となる立脚期間では前記ワイヤーを引出す、ように構成された第1ワイヤー巻取り機構と、第1引張力で前記ワイヤーを引張するように前記第1ワイヤー巻取り機構を制御することで、前記歩行補助装置の重量を低減する引張制御手段と、前記第1ワイヤー巻取り機構に巻き取られ収納されている前記ワイヤーの収納量を検出する収納量検出手段と、を備える歩行訓練装置であって、前記引張制御手段は、前記収納量検出手段により検出された前記ワイヤーの収納量が、前記第1ワイヤー巻取り機構のワイヤーが引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングを含む期間における前記ワイヤーの所定収納量以下となる振出し開始期間で、前記第1引張力に代えて、該第1引張力よりも大きく設定された第2引張力で前記ワイヤーを引張するように、前記第1ワイヤー巻取り機構を制御する、ことを特徴とする歩行訓練装置である。
この一態様によれば、引張制御手段は、第1引張力でワイヤーを引張するように第1ワイヤー巻取り機構を制御することで、歩行補助装置の重量を低減する。これにより、訓練者の脚部における歩行補助装置の重量を免荷することができる。さらに、収納量検出手段により検出されたワイヤーの収納量が、第1ワイヤー巻取り機構のワイヤーが引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングを含む期間におけるワイヤーの所定収納量以下となる期間で、第1引張力に代えて、該第1引張力よりも大きく設定された第2引張力でワイヤーを引張するように、第1ワイヤー巻取り機構を制御する。これにより、歩行補助装置が装着された脚部の振出し開始のタイミングにおいて、上記振出しの慣性力の負担を軽減でき、その脚部にかかる負担を軽減できる。すなわち、歩行補助装置の重量を免荷しつつ、振出開始のタイミングにおける訓練者の負担を軽減できる。
この一態様において、前記振出し開始期間は、前記第1ワイヤー巻取り機構の最大のワイヤーの収納量から前記収納量検出手段により検出されたワイヤーの収納量を減算した値が、前記第1ワイヤー巻取り機構のワイヤーが引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングを含む期間における前記ワイヤーの所定収納量と、前記最大のワイヤーの収納量と、の所定差分量以上となる期間としてもよい。
この一態様において、前記引張制御手段は、前記第1ワイヤー巻取り機構の最大のワイヤーの収納量を前記遊脚期間毎に更新してもよい。これにより、より高精度に脚部の振出し開始のタイミングを判定でき、その振出し開始のタイミングにおける慣性力の負荷をより最適に軽減できる。
この一態様において、前記脚部に直接的又は前記歩行補助装置を介して接続されたワイヤーを巻き取ることで、前記脚部のワイヤーを上方かつ後方に引張する機構であって、前記脚部の立脚期間では前記ワイヤーを巻取り収納し、前記脚部の遊脚期間では前記ワイヤーを引出す、ように構成された第2ワイヤー巻取り機構を更に備え、前記引張制御手段は、前記収納量検出手段により検出された前記ワイヤーの収納量が、前記第1ワイヤー巻取り機構のワイヤーが引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングを含む期間における前記ワイヤーの所定収納量以下となる振出し開始期間で、前記第1及び第2ワイヤー巻取り機構による引張力の水平前方成分を増加させてもよい。これにより、第1及び第2ワイヤー巻取り機構による引張力の鉛直上方成分と水平前方成分を独立して精密に制御できる。このため、歩行補助装置の重力負荷を軽減しつつ、歩行補助装置が装着された脚部の振出し開始時においてその脚部にかかる負担をより最適に軽減できる。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、訓練者の脚部に装着され、該訓練者の歩行動作を補助する歩行補助装置と、前記脚部に直接的又は前記歩行補助装置を介して接続されたワイヤーを巻き取ることで、前記脚部のワイヤーを上方かつ前方に引張する機構であって、前記訓練者の歩行動作において前記脚部が遊脚状態となる遊脚期間では前記ワイヤーを巻取り収納し、前記訓練者の歩行動作において前記脚部が立脚状態となる立脚期間では前記ワイヤーを引出す、ように構成された第1ワイヤー巻取り機構と、第1引張力で前記ワイヤーを引張するように前記第1ワイヤー巻取り機構を制御することで、前記歩行補助装置の重量を低減する引張制御手段と、前記第1ワイヤー巻取り機構に巻き取られ収納されている前記ワイヤーの収納量を検出する収納量検出手段と、を備える歩行訓練装置の歩行訓練方法であって、前記収納量検出手段により検出された前記ワイヤーの収納量が、前記第1ワイヤー巻取り機構のワイヤーが引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングを含む期間における前記ワイヤーの所定収納量以下となる振出し開始期間で、前記第1引張力に代えて、該第1引張力よりも大きく設定された第2引張力で前記ワイヤーを引張するように、前記第1ワイヤー巻取り機構を制御する、ことを特徴とする歩行訓練装置の歩行訓練方法であってもよい。
この一態様によれば、第1引張力でワイヤーを引張するように第1ワイヤー巻取り機構を制御することで、歩行補助装置の重量を低減する。これにより、訓練者の脚部における歩行補助装置の重量を免荷することができる。さらに、収納量検出手段により検出されたワイヤーの収納量が、第1ワイヤー巻取り機構のワイヤーが引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングを含む期間におけるワイヤーの所定収納量以下となる期間で、第1引張力に代えて、該第1引張力よりも大きく設定された第2引張力でワイヤーを引張するように、第1ワイヤー巻取り機構を制御する。これにより、歩行補助装置が装着された脚部の振出し開始のタイミングにおいて、上記振出しの慣性力の負担を軽減でき、その脚部にかかる負担を軽減できる。すなわち、歩行補助装置の重量を免荷しつつ、振出開始のタイミングにおける訓練者の負担を軽減できる。
One aspect of the present invention for achieving the above object is to provide a walking assistance device that is attached to a leg of a trainee and assists the walking motion of the trainee, and directly or via the walking assistance device to the leg. A mechanism for pulling the wire of the leg portion upward and forward by winding up the wire connected in the above-mentioned manner, and in the swing leg period in which the leg portion is in a free leg state in the walking motion of the trainee A first wire winding mechanism configured to pull out the wire during a stance period in which the leg portion is in a standing state in the walking motion of the trainee, and the wire with a first tensile force. By controlling the first wire winding mechanism so as to pull, the tension control means for reducing the weight of the walking assist device, and the storage of the wire wound and housed in the first wire winding mechanism. A walking training apparatus comprising a storage amount detection means for detecting an amount, wherein the tension control means is configured such that the wire storage amount detected by the storage amount detection means is a wire of the first wire winding mechanism. Is a swing-out start period that is equal to or less than the predetermined storage amount of the wire in a period including a timing at which the state changes from the drawn-out state to the wound-up state, and is set to be larger than the first tensile force instead of the first tensile force. The gait training device is characterized in that the first wire winding mechanism is controlled so as to pull the wire with two tensile forces.
According to this aspect, the tension control means controls the first wire winding mechanism so as to pull the wire with the first tensile force, thereby reducing the weight of the walking assist device. Thereby, the weight of the walking assistance apparatus in a trainee's leg part can be exempted. Furthermore, the amount of storage of the wire detected by the storage amount detection means is a period in which the wire of the first wire winding mechanism is equal to or less than the predetermined storage amount of the wire in the period including the timing at which the wire changes from the drawn-out state to the winding state. Instead of the first tensile force, the first wire winding mechanism is controlled so as to pull the wire with a second tensile force set larger than the first tensile force. Thereby, at the timing of starting to swing out the leg portion to which the walking assist device is attached, it is possible to reduce the burden of the inertia force of the swinging out and to reduce the burden on the leg portion. In other words, it is possible to reduce the burden on the trainer at the timing of starting to swing while exempting the weight of the walking assist device.
In this aspect, the swing start period is a value obtained by subtracting the wire storage amount detected by the storage amount detection means from the maximum wire storage amount of the first wire winding mechanism. It is good also as a period which becomes more than the predetermined difference amount of the predetermined accommodation amount of the wire in the period including the timing which the wire of a taking-up mechanism changes from a drawer state to a winding state, and the maximum accommodation amount of the wire.
In this aspect, the tension control unit may update the maximum wire storage amount of the first wire winding mechanism for each free leg period. As a result, it is possible to determine the timing of starting the swinging out of the legs with higher accuracy, and to reduce the load of inertial force at the timing of starting the swinging out more optimally.
In this one aspect, it is a mechanism for pulling the wire of the leg part upward and backward by winding the wire connected to the leg part directly or via the walking assist device, The tension control means further comprises a second wire winding mechanism configured to wind and store the wire during the standing leg period and to draw out the wire during the free leg period of the leg portion, and the tension control means includes the storage amount detecting means. In the start-out period in which the wire storage amount detected by the first wire winding mechanism is less than a predetermined storage amount of the wire in a period including the timing at which the wire of the first wire winding mechanism changes from the drawn-out state to the wound-up state, You may increase the horizontal front component of the tensile force by a 1st and 2nd wire winding mechanism. Thereby, the vertical upward component and the horizontal front component of the tensile force by the first and second wire winding mechanisms can be accurately controlled independently. For this reason, it is possible to more optimally reduce the load applied to the leg portion at the start of swinging out of the leg portion on which the walking assist device is mounted while reducing the gravity load of the walking assist device.
One aspect of the present invention for achieving the above object is to provide a walking assistance device that is attached to a leg of a trainee and assists the walking motion of the trainee, and directly or via the walking assistance device to the leg. A mechanism for pulling the wire of the leg portion upward and forward by winding up the wire connected in the above-mentioned manner, and in the swing leg period in which the leg portion is in a free leg state in the walking motion of the trainee A first wire winding mechanism configured to pull out the wire during a stance period in which the leg portion is in a standing state in the walking motion of the trainee, and the wire with a first tensile force. By controlling the first wire winding mechanism so as to pull, the tension control means for reducing the weight of the walking assist device, and the storage of the wire wound and housed in the first wire winding mechanism. A walking training method for a walking training apparatus, comprising: a storage amount detecting means for detecting an amount, wherein the wire storage amount detected by the storage amount detection means is drawn by a wire of the first wire winding mechanism. A second tension set larger than the first tensile force in place of the first tensile force in a start-out period that is less than or equal to the predetermined storage amount of the wire in a period including a timing of changing from a state to a winding state. The walking training method of the walking training apparatus may be characterized in that the first wire winding mechanism is controlled so as to pull the wire with force.
According to this one aspect, the weight of the walking assistance device is reduced by controlling the first wire winding mechanism so as to pull the wire with the first tensile force. Thereby, the weight of the walking assistance apparatus in a trainee's leg part can be exempted. Furthermore, the amount of storage of the wire detected by the storage amount detection means is a period in which the wire of the first wire winding mechanism is equal to or less than the predetermined storage amount of the wire in the period including the timing at which the wire changes from the drawn-out state to the winding state. Instead of the first tensile force, the first wire winding mechanism is controlled so as to pull the wire with a second tensile force set larger than the first tensile force. Thereby, at the timing of starting to swing out the leg portion to which the walking assist device is attached, it is possible to reduce the burden of the inertia force of the swinging out and to reduce the burden on the leg portion. In other words, it is possible to reduce the burden on the trainer at the timing of starting to swing while exempting the weight of the walking assist device.
本発明によれば、歩行補助装置の重量を免荷しつつ、振出開始のタイミングにおける訓練者の負担を軽減できる歩行訓練装置、及びその歩行訓練方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the walk training apparatus which can reduce the trainer's burden in the timing of an oscillation start, and its walking training method can be provided, excluding the weight of a walk assistance apparatus.
実施の形態1
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の実施形態1に係る歩行訓練装置の概略的な構成を示す斜視図である。本実施形態1に係る歩行訓練装置1は、例えば、脳卒中片麻痺患者などの訓練者の歩行訓練を行うための装置である。歩行訓練装置1は、訓練者の脚部に装着された歩行補助装置2と、訓練者の歩行訓練を行う訓練装置3と、を備えている。
Embodiment 1
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a walking training apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The walking training apparatus 1 according to the first embodiment is an apparatus for performing walking training for a trainee such as a stroke hemiplegic patient. The walking training device 1 includes a walking assist device 2 attached to a trainee's leg, and a training device 3 that performs walking training for the trainer.
歩行補助装置2は、例えば、歩行訓練を行う訓練者の患脚に装着され、訓練者の歩行を補助する(図2)。歩行補助装置2は、上腿フレーム21と、上腿フレーム21に膝関節部22を介して連結された下腿フレーム23と、下腿フレーム23に足首関節部24を介して連結された足平フレーム25と、膝関節部22を回転駆動するモータユニット26と、足首関節部24の可動範囲を調整する調整機構27と、を有している。なお、上記歩行補助装置2の構成は一例であり、これに限られない。例えば、歩行補助装置2は、足首関節部24を回転駆動するモータユニットを備えていてもよい。
The walking assist device 2 is attached to, for example, an affected leg of a trainee who performs walking training, and assists the trainee in walking (FIG. 2). The walking assist device 2 includes an
上腿フレーム21は、訓練者の脚部の上腿部に取り付けられ、下腿フレーム23は訓練者の脚部の下腿部に取り付けられる。上腿フレーム21には、例えば、上腿部を固定するための上腿装具212が設けられている。上腿フレーム21には、後述の第1ワイヤー巻取り機構33のワイヤー36を接続するための、左右方向に延在する横長の第1フレーム211が設けられている。
The
なお、上記第1ワイヤー巻取り機構33の接続部は一例であり、これに限らない。例えば、第1ワイヤー巻取り機構33のワイヤー36を上腿装具212に接続してもよく、第1ワイヤー巻取り機構33の引張点を歩行補助装置2の任意の位置に設けることができる。
In addition, the connection part of the said 1st
モータユニット26は、訓練者の歩行動作に応じて膝関節部22を回転駆動することで訓練者の歩行を補助する。なお、上記歩行補助装置2の構成は一例であり、これに限られない。訓練者の脚部に装着され、その歩行を補助できる任意の歩行補助装置が適用可能である。
The
訓練装置3は、トレッドミル31と、フレーム本体32と、第1及び第3ワイヤー巻取り機構33、34と、制御装置35と、を有している。トレッドミル31は、リング状のベルト311を回転させる。訓練者は、ベルト311上に乗り該ベルト311の移動に応じて歩行を行い、その歩行訓練を行う。
The training device 3 includes a
フレーム本体32は、トレッドミル31上に立設された2対の柱フレーム321と、各柱フレーム321に接続され前後方向に延在する一対の前後フレーム322と、各前後フレーム322に接続され左右方向に延在する3つの左右フレーム323と、を有している。なお、上記フレーム本体32の構成は一例であり、これに限られない。
The
前方の左右フレーム323には、訓練者の脚部に直接的又は歩行補助装置2を介して接続されたワイヤー36を巻き取り、ワイヤー36を引張する第1ワイヤー巻取り機構33が設けられている。第1ワイヤー巻取り機構33が引張するワイヤー36の一端は、歩行補助装置2に接続されている。第1ワイヤー巻取り機構33は、ワイヤー36を巻き取ることでワイヤー36を介して歩行補助装置2を上方かつ前方に引張する。
The front left and
第1ワイヤー巻取り機構33は、例えば、ワイヤー36をロータに巻取り及びワイヤー36をロータから引き出す機構、該機構を駆動するモータ、などから構成されている。第1ワイヤー巻取り機構33は、訓練者の歩行動作において脚部が遊脚状態となる遊脚期間ではワイヤー36をロータに巻取り収納し、訓練者の歩行動作において脚部が立脚状態となる立脚期間ではワイヤー36をロータから引出す、ように構成されている。
The first
第1ワイヤー巻取り機構33による引張力fの鉛直上方成分f2が、歩行補助装置2の重さを支える(図3)。第1ワイヤー巻取り機構33による引張力fの水平前方成分f1が、脚部の振出しを補助する。これにより、歩行訓練時における訓練者の歩行負荷を軽減できる。
The vertically upward component f2 of the tensile force f by the first
第3ワイヤー巻取り機構34は、後方の左右フレーム323に設けられ、ワイヤー37を上方に引張する。ワイヤー37の一端は、例えば、訓練者の腰部付近に装着されたベルトに接続されている。第3ワイヤー巻取り機構34は、例えば、ワイヤー37をロータなどに巻取り及びワイヤー37をロータなどから引き出す機構、該機構を駆動するモータ、などから構成されている。第3ワイヤー巻取り機構34は、ワイヤー37を介して訓練者の腰部を上方に引張する。これにより、訓練者の自重による負荷を軽減できる。第1及び第3ワイヤー巻取り機構33、34は、配線などを介して制御装置35に夫々接続されている。
The third
第1及び第3ワイヤー巻取り機構33、34には、これら第1及び第3ワイヤー巻取り機構33、34のロータに巻き取られ収納されているワイヤー36、37の収納量(巻取り量)を検出する第1及び第3収納量検出部40、41が夫々設けられている。第1収納量検出部40は、収納量検出手段の一具体例である。第1及び第3収納量検出部40、41は、例えば、角度センサを用いてロータの回転角や回転量を検出することで、ロータに巻き取られ収納されているワイヤー36、37の収納量を検出する。第1及び第3収納量検出部40、41は、検出したワイヤー36、37の収納量を制御装置35に出力する。なお、第1ワイヤー巻取り機構33のみが設けられる構成であってもよい。
In the first and third
制御装置35は、引張制御手段の一具体例である。制御装置35は、第1及び第3ワイヤー巻取り機構33、34の引張力と、トレッドミル31の駆動と、歩行補助装置2と、を夫々制御する。制御装置35は、例えば、演算処理、制御処理等と行うCPU(Central Processing Unit)、CPUによって実行される演算プログラム、制御プログラム等が記憶されたROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)からなるメモリ、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部(I/F)、などからなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。CPU、メモリ及びインターフェイス部は、データバスなどを介して相互に接続されている。
The
制御装置35は、歩行訓練中、歩行補助装置2の重量を低減する第1引張力でワイヤー36を引張するように、第1ワイヤー巻取り機構33を制御する。制御装置35は、歩行訓練中、例えば、第1ワイヤー巻取り機構33による第1引張力の鉛直上方成分が歩行補助装置2の重力と等しくなるように第1ワイヤー巻取り機構33を制御する。これにより、訓練者の歩行に対する歩行補助装置2の重力負荷を軽減することができる。
The
図3は、本実施形態1に係る制御装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。
制御装置35は、例えば、第1ワイヤー巻取り機構33を制御する脚部免荷制御ユニット351と、第3ワイヤー巻取り機構34を制御する人免荷制御ユニット352と、歩行補助装置2を制御する脚部制御ユニット353と、トレッドミル31を制御するトレッドミル制御ユニット354と、これらユニットを制御するコンピュータ(PersonalComputer)355と、コンピュータ355を操作するための操作パネル356と、から構成されている。操作パネル356は、訓練指示、訓練メニュー、訓練情報(歩行速度、生体情報等)などの情報を表示する。操作パネル356は、例えば、タッチパネルとして構成されており、ユーザは操作パネル356を介して各種の情報を入力できる。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a schematic system configuration of the control device according to the first embodiment.
For example, the
ところで、歩行補助装置は、ある程度の重量を有するため、その歩行補助装置を装着した訓練者にはその重量が負担となる。さらに、訓練者が脚部に歩行補助装置を装着した状態で歩行動作を行う場合、脚部を前方へ振り出すタイミングで、その脚部は歩行補助装置から後方への慣性力を受けることとなる。このため、訓練者に過度の負担が掛かるという課題が生じている。 By the way, since the walking assistance apparatus has a certain amount of weight, the weight is a burden on the trainee wearing the walking assistance apparatus. Furthermore, when the trainee performs a walking motion with the walking assistance device attached to the leg, the leg receives an inertial force from the walking assistance device at the timing of swinging the leg forward. . For this reason, the subject that a trainer takes an excessive burden has arisen.
これに対し、本実施形態1に係る歩行訓練装置1において、制御装置35は、第1引張力でワイヤー36を引張するように第1ワイヤー巻取り機構33を制御することで歩行補助装置2の重量を低減する。これにより訓練者の脚部における歩行補助装置2の重量を免荷することができる。さらに、制御装置35は、歩行補助装置2が装着された脚部の振出し開始のタイミングを判定し、その振出し開始のタイミングで第1ワイヤー巻取り機構33による引張力を、第1引張力に代えて、該第1引張力よりも大きく設定された第2引張力へ増加させる。これにより、歩行補助装置2が装着された脚部の振出し開始のタイミングにおいて、上記振出しの慣性力の負担を軽減でき、その脚部にかかる負担を軽減できる。すなわち、歩行補助装置2の重量を免荷しつつ、振出開始のタイミングにおける訓練者の負担を軽減できる。
On the other hand, in the walking training device 1 according to the first embodiment, the
図4は、本実施形態1に係るコンピュータの概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施形態1に係るコンピュータ355は、歩行補助装置2が装着された脚部の振出し開始のタイミングを判定する動作判定部357と、振出し開始のタイミングで第1ワイヤー巻取り機構による引張力を、第1引張力から第1引張力よりも大きく設定された第2引張力へ増加させる引張力計算部358と、を有している。
FIG. 4 is a block diagram illustrating a schematic system configuration of the computer according to the first embodiment. The
動作判定部357は、第1収納量検出部40により検出されたワイヤー収納量に基づいて、歩行補助装置2が装着された脚部の前方への振出し開始のタイミング(期間)を判定する。
Based on the wire storage amount detected by the first storage
図5は、ワイヤー収納量と、遊脚期間および立脚期間と、の関係の一例を示す図である。図5に示すように、訓練者の歩行動作において遊脚期間と立脚期間が交互に発生し、この期間に応じて、略周期的にワイヤー収納量が増減していることが分かる。また、脚部の前方への振出し開始のタイミングは、第1ワイヤー巻取り機構33のワイヤー36が引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングであり、立脚期間から遊脚期間へ変化するタイミングでもある。このタイミングは、略周期的に発生している。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the relationship between the wire storage amount, the free leg period, and the stance period. As shown in FIG. 5, it can be seen that the swinging leg period and the standing leg period occur alternately in the walking motion of the trainee, and the wire storage amount increases or decreases substantially periodically according to this period. Further, the timing of starting to swing the leg forward is the timing at which the
本実施形態1において、動作判定部357は、例えば、第1収納量検出部40により検出されたワイヤー収納量が、第1ワイヤー巻取り機構33のワイヤー36が引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングを含む期間における所定収納量(以下、振出しタイミング判定閾値)以下となる期間を、脚部の前方への振出し開始のタイミングと判定する。
例えば、第1ワイヤー巻取り機構33のワイヤー36が引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングを予め実験的に求めることができる。そして、この変化のタイミングを含む期間におけるワイヤー収納量を求め、振出しタイミング判定閾値として上記メモリなどに設定する。
In the first embodiment, the
For example, the timing at which the
なお、この振出しタイミング判定閾値は、例えば、操作パネル356や操作端末などを介して、ユーザが任意に設定変更できるように構成されている。この振出しタイミング判定閾値は、例えば、訓練者の特性(訓練者の歩幅、運動能力など)、トレッドミル31のベルト311の移動速度などを考慮して、最適値が設定される。但し、振出しタイミング判定閾値は、第1ワイヤー巻取り機構33のワイヤー36が引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングにおけるワイヤー収納量以上である。振出しタイミング判定閾値を大きく設定すると、動作判定部357は、より早いタイミングかつ、長い期間で、振出し開始のタイミングを判定する。このため、第1引張力よりも大きく設定された第2引張力がより早いタイミングかつ、長い期間で、第1ワイヤー巻取り機構33のワイヤー36に作用することとなる。
In addition, this shake timing determination threshold value is configured so that the user can arbitrarily change the setting via, for example, the
動作判定部357は、第1収納量検出部40により検出されたワイヤー収納量が、上記のように設定された振出しタイミング判定閾値以下となるとき、脚部の前方への振出し開始のタイミングと判定する。動作判定部357は、歩行補助装置2が装着された脚部の前方への振出し開始のタイミングと判定している間、判定信号を引張力計算部358に出力する。
When the wire storage amount detected by the first storage
引張力計算部358は、第1ワイヤー巻取り機構33に対する第1引張力指令値を計算し、計算した第1引張力指令値を第1ワイヤー巻取り機構33に出力する。第1ワイヤー巻取り機構33は、引張力計算部358からの出力される第1引張力指令値に従って、歩行補助装置2のワイヤー36を第1引張力fで引張する。このときの第1ワイヤー巻取り機構33による第1引張力fの鉛直上方成分f2が歩行補助装置2の重さを支える。第1ワイヤー巻取り機構33による第1引張力fの水平前方成分f1により、脚部の振出しを補助する。すなわち、第1引張力指令値は、ユーザの通常の歩行動作に対して、その第1引張力fの鉛直上方成分f2が歩行補助装置2の重さを支え、同時に、その第1引張力fの水平前方成分f1により、脚部の振出しを最適に補助するように設定されている。
The
しかし、上述の如く、歩行における脚部の振出し開始のタイミングで、歩行補助装置2から後方への慣性力を受けることとなり、この振出し開始のタイミングには通常の歩行動作以上の負荷が脚部にかかる。これに対し、本実施形態1に係る引張力計算部358は、動作判定部357から判定信号を受けると、引張力指令値を、通常の第1引張力指令値から第2引張力指令値に増加させる。第1ワイヤー巻取り機構33は、引張力計算部358からの出力される第2引張力指令値に従って、歩行補助装置2のワイヤー36を第2引張力で引張する。
However, as described above, at the timing of starting to swing out the leg during walking, the rearward inertial force is received from the walking assist device 2, and a load greater than the normal walking motion is applied to the leg at the timing of starting the swing. Take it. In contrast, when the tensile
これにより、脚部の振出し開始のタイミングの慣性力を受けるときだけ、第1ワイヤー巻取り機構33の引張力を第1引張力から第2引張力へ増加させる。これにより、脚部の振出し開始のタイミングにおける慣性力の負荷を軽減できる。
As a result, the tensile force of the first
図6は、本実施形態1に係る歩行訓練方法のフローを示すフローチャートである。なお、図6示す処理は、所定時間毎に繰返し実行される。
第1収納量検出部40は、第1ワイヤー巻取り機構33のロータに巻き取られ収納されているワイヤー収納量を検出し、検出したワイヤー収納量を制御装置35に出力する(ステップS101)。
動作判定部357は、第1収納量検出部40により検出されたワイヤー収納量に基づいて、歩行補助装置2が装着された脚部の前方への振出し開始のタイミングか否かを判定する。(ステップS102)。
FIG. 6 is a flowchart showing a flow of the walking training method according to the first embodiment. Note that the process shown in FIG. 6 is repeatedly executed at predetermined time intervals.
The 1st accommodation
Based on the wire storage amount detected by the first storage
動作判定部357は、歩行補助装置2が装着された脚部の前方への振出し開始のタイミングである判定すると(ステップS102のYES)、引張力計算部358は、引張力指令値を第2張力指令値に設定し、設定した第2引張力指令値を第1ワイヤー巻取り機構33に出力する(ステップS103)。一方、動作判定部357は、歩行補助装置2が装着された脚部の前方への振出し開始のタイミングでないと判定すると(ステップS102のNO)、引張力計算部358は、引張力指令値を第1引張力指令値に設定し、設定した第1引張力指令値を第1ワイヤー巻取り機構33に出力する(ステップS104)。
以上、本実施形態1において、制御装置35は、第1引張力でワイヤー36を引張するように第1ワイヤー巻取り機構33を制御することで、歩行補助装置2の重量を低減する。これにより訓練者の脚部における歩行補助装置2の重量を免荷することができる。さらに、第1収納量検出部40により検出されたワイヤー36の収納量が、第1ワイヤー巻取り機構33のワイヤー36が引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングを含む期間におけるワイヤー36の所定収納量以下となる期間で、第1引張力に代えて、該第1引張力よりも大きく設定された第2引張力でワイヤー36を引張するように、第1ワイヤー巻取り機構33を制御する。これにより、歩行補助装置2が装着された脚部の振出し開始のタイミングにおいて、上記振出しの慣性力の負担を軽減でき、その脚部にかかる負担を軽減できる。すなわち、歩行補助装置2の重量を免荷しつつ、振出開始のタイミングにおける訓練者の負担を軽減できる。
When the
As described above, in the first embodiment, the
実施形態2
本発明の実施形態2において、第1ワイヤー巻取り機構33のワイヤー36が引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングを含む期間におけるワイヤー36の所定収納量と、最大のワイヤー収納量と、の所定差分量を、振出しタイミング判定閾値として上記メモリなどに設定する(図7)。上記最大のワイヤー収納量(以下、最大ワイヤー収納量)とは、例えば、第1ワイヤー巻取り機構33のワイヤー36が巻取り状態から引出し状態へ変化するタイミングにおけるワイヤー収納量であり、予め実験的に求め、上記メモリなどに設定されている。
Embodiment 2
In the second embodiment of the present invention, the predetermined storage amount of the
この場合、動作判定部357は、最大ワイヤー収納量から第1収納量検出部40により検出されたワイヤー36の収納量を減算した値が振出しタイミング判定閾値以上であると判定したとき、脚部の前方への振出し開始のタイミングと判定する。
In this case, when the
ここで、ワイヤー収納量は遊脚期間毎に異なる可能性があるため、最大ワイヤー収納量も遊脚期間毎に異なる可能性がある。したがって、動作判定部357は、上記メモリに記憶された最大ワイヤー収納量を、遊脚期間毎に更新するようにしてもよい。これにより、より高精度に脚部の振出し開始のタイミングを判定でき、その振出し開始のタイミングにおける慣性力の負荷をより最適に軽減できる。
Here, since the wire storage amount may be different for each free leg period, the maximum wire storage amount may also be different for each free leg period. Therefore, the
図8は、最大ワイヤー収納量を、遊脚期間毎に更新して振出し開始のタイミングを判定する処理フローの一例を示すフローチャートである。なお、図8に示す処理は、所定時間毎に繰返し実行される。 FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of a processing flow in which the maximum wire storage amount is updated for each swing leg period and the timing for starting swinging is determined. Note that the process shown in FIG. 8 is repeatedly executed every predetermined time.
動作判定部357は、第1収納量検出部40により検出された現在のワイヤー収納量が、上記メモリに設定された最大ワイヤー収納量以上であるか否かを判定する(ステップS201)。
The
動作判定部357は、第1収納量検出部40により検出された現在のワイヤー収納量が、上記メモリに設定された最大ワイヤー収納量以上であると判定すると(ステップS201のYES)、その第1収納量検出部40により検出された現在のワイヤー収納量を、最大ワイヤー収納量として上記メモリに再設定し(ステップS202)、後述の(ステップS203)の処理に移行する。動作判定部357は、第1収納量検出部40により検出されたワイヤー収納量が、上記メモリに設定された最大ワイヤー収納量以上でないと判定すると(ステップS202のNO)、後述の(ステップS203)処理に移行する。
When the
動作判定部357は、最大ワイヤー収納量から第1収納量検出部40により検出された現在のワイヤー収納量を減算した値が振出しタイミング判定閾値以上であるか否かを判定する(ステップS203)。動作判定部357は、最大ワイヤー収納量から第1収納量検出部40により検出された現在のワイヤー収納量を減算した値が振出しタイミング判定閾値以上であると判定すると(ステップS203のYES)、脚部の前方への振出し開始のタイミングである(true)判定する(ステップS204)。動作判定部357は、最大ワイヤー収納量を第1ワイヤー巻取り機構33の現在のワイヤー収納量として設定する(ステップS205)。これにより、振出し開始のタイミングを判定した後に、メモリに設定された最大ワイヤー収納量を一旦リセットすることができる。
The
一方、動作判定部357は、最大ワイヤー収納量から第1収納量検出部40により検出された現在のワイヤーの収納量を減算した値が振出しタイミング判定閾値以上でないと判定すると(ステップS203のNO)、脚部の前方への振出し開始のタイミングでない(false)と判定する(ステップS206)。
On the other hand, if the
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
上記実施形態において、フレーム本体32の左右フレーム323には、ワイヤー39を介して歩行補助装置2を上方かつ後方に引張する第2ワイヤー巻取り機構38が設けられる構成であってもよい(図9)。第1及び第2ワイヤー巻取り機構33、38による引張力の鉛直上方成分の合力が歩行補助装置2の重さを支える。そして、第1及び第2ワイヤー巻取り機構33、38による引張力の水平成分の合力により、脚部の振出しを補助する。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
In the above embodiment, the left and
引張力計算部358は、第1及び第2ワイヤー巻取り機構33、38による引張力の鉛直上方成分の合力が歩行補助装置2の重力を低減するような引張力指令値を、第1及び第2ワイヤー巻取り機構33、38に出力する。
The tensile
さらに、引張力計算部358は、動作判定部357から判定信号を受けると、引張力指令値を第1引張力指令値から第2引張力指令値に増加させ、増加させた第2引張力指令値を第1ワイヤー巻取り機構33に出力する。このとき、引張力計算部358は、通常の第1引張力指令値(引張力指令値=一定)を第2ワイヤー巻取り機構38に出力しているが、これに限定されず、第1ワイヤー巻取り機構33に対する第1引張力指令値と同様に変動させるようにしてもよい。すなわち、引張力計算部358は、振出し開始のタイミングで、第1及び第2ワイヤー巻取り機構33、38に対する引張力指令値を変動させて、第1及び第2ワイヤー巻取り機構33、38による引張力の水平前方成分を増加させる。これにより、第1及び第2ワイヤー巻取り機構33、38による引張力の鉛直上方成分と水平前方成分を独立して精密に制御できる。このため、歩行補助装置2の重力負荷を軽減しつつ、歩行補助装置2が装着された脚部の振出し開始時においてその脚部にかかる負担をより最適に軽減できる。
Further, when receiving the determination signal from the
また、上記実施形態において、動作判定部357は、第1ワイヤー巻取り機構33に設けられた第1収納量検出部40により検出された第1ワイヤー巻取り機構33のワイヤー収納量が、設定された振出しタイミング判定閾値以下となるとき、脚部の前方への振出し開始のタイミングと判定しているがこれに限定されない。動作判定部357は、第2ワイヤー巻取り機構38に設けられた第2収納量検出部42により検出された第2ワイヤー巻取り機構38のワイヤー収納量が、設定された振出しタイミング判定閾値以下となるとき、脚部の前方への振出し開始のタイミングと判定してもよい。
In the above embodiment, the
1 歩行訓練装置、2 歩行補助装置、3 訓練装置、21 上腿フレーム、22 膝関節部、23 下腿フレーム、24 足首関節部、25 足平フレーム、26 モータユニット、27 調整機構、31 トレッドミル、32 フレーム本体、33 第1ワイヤー巻取り機構、34 第3ワイヤー巻取り機構、35 制御装置、36 ワイヤー、37 ワイヤー、38 第2ワイヤー巻取り機構、39 ワイヤー、40 第1収納量検出部、41 第3収納量検出部、42 第2収納量検出部 1 walking training device, 2 walking assist device, 3 training device, 21 upper leg frame, 22 knee joint part, 23 lower leg frame, 24 ankle joint part, 25 foot frame, 26 motor unit, 27 adjustment mechanism, 31 treadmill, 32 frame main body, 33 first wire winding mechanism, 34 third wire winding mechanism, 35 control device, 36 wire, 37 wire, 38 second wire winding mechanism, 39 wire, 40 first storage amount detection unit, 41 3rd accommodation amount detection part, 42 2nd accommodation amount detection part
Claims (5)
前記脚部に直接的又は前記歩行補助装置を介して接続されたワイヤーを巻き取ることで、前記脚部のワイヤーを上方かつ前方に引張する機構であって、前記訓練者の歩行動作において前記脚部が遊脚状態となる遊脚期間では前記ワイヤーを巻取り収納し、前記訓練者の歩行動作において前記脚部が立脚状態となる立脚期間では前記ワイヤーを引出す、ように構成された第1ワイヤー巻取り機構と、
第1引張力で前記ワイヤーを引張するように前記第1ワイヤー巻取り機構を制御することで、前記歩行補助装置の重量を低減する引張制御手段と、
前記第1ワイヤー巻取り機構に巻き取られ収納されている前記ワイヤーの収納量を検出する収納量検出手段と、
を備える歩行訓練装置であって、
前記引張制御手段は、
前記収納量検出手段により検出された前記ワイヤーの収納量が、前記第1ワイヤー巻取り機構のワイヤーが引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングを含む期間における前記ワイヤーの所定収納量以下となる振出し開始期間で、
前記第1引張力に代えて、該第1引張力よりも大きく設定された第2引張力で前記ワイヤーを引張するように、前記第1ワイヤー巻取り機構を制御する、
ことを特徴とする歩行訓練装置。 A walking assistance device that is attached to the leg of the trainee and assists the walking motion of the trainer;
A mechanism for pulling the wire of the leg part upward and forward by winding a wire connected to the leg part directly or via the walking assist device, and the leg in the walking motion of the trainee The first wire is configured to take up and store the wire during the swing leg period when the leg portion is in a free leg state, and to draw out the wire during the leg leg period when the leg portion is in a standing leg state during the walking motion of the trainee. A winding mechanism;
Tension control means for reducing the weight of the walking assist device by controlling the first wire winding mechanism to pull the wire with a first tensile force;
A storage amount detecting means for detecting a storage amount of the wire wound and stored in the first wire winding mechanism;
A walking training apparatus comprising:
The tension control means includes
The amount of storage of the wire detected by the storage amount detecting means is a swinging amount that is equal to or less than a predetermined storage amount of the wire in a period including a timing at which the wire of the first wire winding mechanism changes from the drawn state to the wound state. In the start period,
In place of the first tensile force, the first wire winding mechanism is controlled so as to pull the wire with a second tensile force set larger than the first tensile force.
A walking training apparatus characterized by that.
前記振出し開始期間は、前記第1ワイヤー巻取り機構の最大のワイヤーの収納量から前記収納量検出手段により検出されたワイヤーの収納量を減算した値が、前記第1ワイヤー巻取り機構のワイヤーが引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングを含む期間における前記ワイヤーの所定収納量と、前記最大のワイヤーの収納量と、の所定差分量以上となる期間とする、ことを特徴とする歩行訓練装置。 The walking training device according to claim 1,
In the start-out period, the value obtained by subtracting the wire storage amount detected by the storage amount detection means from the maximum wire storage amount of the first wire winding mechanism is the wire of the first wire winding mechanism. A gait training apparatus characterized by a period that is equal to or greater than a predetermined difference amount between the predetermined storage amount of the wire and the maximum storage amount of the wire in a period including a timing at which the drawing state is changed to the winding state. .
前記引張制御手段は、前記第1ワイヤー巻取り機構の最大のワイヤーの収納量を前記遊脚期間毎に更新する、ことを特徴とする歩行訓練装置。 The walking training device according to claim 2,
The gait training device, wherein the tension control means updates the maximum wire storage amount of the first wire winding mechanism for each free leg period.
前記脚部に直接的又は前記歩行補助装置を介して接続されたワイヤーを巻き取ることで、前記脚部のワイヤーを上方かつ後方に引張する機構であって、前記脚部の立脚期間では前記ワイヤーを巻取り収納し、前記脚部の遊脚期間では前記ワイヤーを引出す、ように構成された第2ワイヤー巻取り機構を更に備え、
前記引張制御手段は、
前記収納量検出手段により検出された前記ワイヤーの収納量が、前記第1ワイヤー巻取り機構のワイヤーが引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングを含む期間における前記ワイヤーの所定収納量以下となる振出し開始期間で、
前記第1及び第2ワイヤー巻取り機構による引張力の水平前方成分を増加させる、
ことを特徴とする歩行訓練装置。 The walking training device according to any one of claims 1 to 3,
It is a mechanism that pulls the wire of the leg part upward and backward by winding the wire connected to the leg part directly or via the walking assist device, and in the stance period of the leg part, the wire A second wire winding mechanism configured to draw out the wire during the free leg period of the leg,
The tension control means includes
The amount of storage of the wire detected by the storage amount detecting means is a swinging amount that is equal to or less than a predetermined storage amount of the wire in a period including a timing at which the wire of the first wire winding mechanism changes from the drawn state to the wound state. In the start period,
Increasing the horizontal forward component of the tensile force by the first and second wire winding mechanisms;
A walking training apparatus characterized by that.
前記脚部に直接的又は前記歩行補助装置を介して接続されたワイヤーを巻き取ることで、前記脚部のワイヤーを上方かつ前方に引張する機構であって、前記訓練者の歩行動作において前記脚部が遊脚状態となる遊脚期間では前記ワイヤーを巻取り収納し、前記訓練者の歩行動作において前記脚部が立脚状態となる立脚期間では前記ワイヤーを引出す、ように構成された第1ワイヤー巻取り機構と、
第1引張力で前記ワイヤーを引張するように前記第1ワイヤー巻取り機構を制御することで、前記歩行補助装置の重量を低減する引張制御手段と、
前記第1ワイヤー巻取り機構に巻き取られ収納されている前記ワイヤーの収納量を検出する収納量検出手段と、
を備える歩行訓練装置の作動方法であって、
前記引張制御手段が、
前記収納量検出手段により検出された前記ワイヤーの収納量が、前記第1ワイヤー巻取り機構のワイヤーが引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングを含む期間における前記ワイヤーの所定収納量以下となる振出し開始期間で、
前記第1引張力に代えて、該第1引張力よりも大きく設定された第2引張力で前記ワイヤーを引張するように、前記第1ワイヤー巻取り機構を制御する、
ことを特徴とする歩行訓練装置の作動方法。 A walking assistance device that is attached to the leg of the trainee and assists the walking motion of the trainer;
A mechanism for pulling the wire of the leg part upward and forward by winding a wire connected to the leg part directly or via the walking assist device, and the leg in the walking motion of the trainee The first wire is configured to take up and store the wire during the swing leg period when the leg portion is in a free leg state, and to draw out the wire during the leg leg period when the leg portion is in a standing leg state during the walking motion of the trainee. A winding mechanism;
Tension control means for reducing the weight of the walking assist device by controlling the first wire winding mechanism to pull the wire with a first tensile force;
A storage amount detecting means for detecting a storage amount of the wire wound and stored in the first wire winding mechanism;
A method for operating a gait training apparatus comprising:
The tension control means is
The amount of storage of the wire detected by the storage amount detecting means is a swinging amount that is equal to or less than a predetermined storage amount of the wire in a period including a timing at which the wire of the first wire winding mechanism changes from the drawn state to the wound state. In the start period,
In place of the first tensile force, the first wire winding mechanism is controlled so as to pull the wire with a second tensile force set larger than the first tensile force.
A method for operating a gait training apparatus characterized by the above.
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